基于ENVI-met指导的河南科技大学德园东区景观优化研究★

张芸溪 王燕飞 黄 宾

(河南科技大学建筑学院，河南 洛阳 471032)

自21世纪伊始，中国的城市化建设逐年加速。国家统计局最新发布的数据显示，2017年年末，我国城镇常住人口81 347万人，比上年末增加2 049万人；城镇人口占总人口比重(城镇化率)为58.52%，比上年末提高1.17个百分点[1]。居住区作为城镇化建设的重要组成部分，随着居民生活水平的提高，其内部人居舒适性要求也越来越受重视，而居住区内绿地布局对微气候的影响有着深远的研究价值。当前园林景观师多是从经验与形式的角度出发进行居住区景观设计，并没有将绿地视为改善居住区室外热环境的重点而进行科学性的规划。首先当前对绿地微气候的研究多以绿化量高低为参考，而对绿化设计角度出发考虑较少，其次在已有的研究住区微气候的评价中热环境的关注度较多，对风环境、人体热舒适性等角度着重较少[2]。基于有限的城市用地，城市规划偏向于存量规划，如何在有限的绿地面积与提高其生态效益二者之间找到平衡，是本文的研究目的所在。

1 研究背景介绍

洛阳地处河南省西部、黄河中下游，属于温带季风气候，年平均气温14 ℃，多年平均降水量600 mm，洛阳冬季盛行东北风和西北风，夏季盛行东南风[5]。根据中华人民共和国国家标准GB 50189—2015公共建筑节能设计标准规定，自2005年起，城市新建和改建建筑需全部采用外墙外保温节能措施，加之规划设计注意防风避风问题，有效确保了冬季建筑节能保温效果[3]。因此，本文相较于居住区冬季的保温、日照采光而言，重点研究夏季的通风降热对于住区微气候改善情况。

研究区域位于河南省洛阳市洛龙区河南科技大学东北角附属家属院—德园住区。德园住区是河南科技大学开元校区教职工住区，占地近500亩，分为东西南三个区域，60栋住宅楼，东区1，2号楼，西区1，2，3号楼为小高层建筑，其余均为多层建筑，是目前洛阳市占地最大的多层住宅区。其规划总用地33.5 hm2，绿地率40.6%，停车位878个。基于ENVI-met软件自身特点，选取德园家属区东北区域200 m×200 m正方形范围作为研究区域。居住区东部为6层半高楼房，每栋楼房均有2个出入口。除了街道相接处种植高大乔木之外，其余地段附以草地种植得到绿化效果，场地绿化品种单一、灌木种植面积不足、没有达到相应的绿化要求。现根据居住区植物造景相关规范，对居住区内绿化种植进行相关设计和改进。

2 模型参数设置

在模拟平台软件ENVI-met上建模，并根据居住区绿地造景配置方式来进行植物栽植。配实景图见图1。

2.1 植物参数设置

软件模拟主要涉及三种植物类型：乔木、灌木和草本。由于受到软件网格高度的限制，草本选择植株高度为0.5 m的草木，灌木高度为1.2 m，乔木选取树高10 m冠幅5 m的榆树、树高7 m冠幅5 m的杨树以及树高12 m冠幅7 m的洋槐作为居住区造景用树。

2.2 初始环境参数设置

模拟选取洛阳典型气象日的环境参数为初始值，模拟时间从7月20日上午7：00～下午19：00，计算周期为12 h。考虑到模拟区域周边环境条件与模拟核心区域类似，流入边界条件选择循环式边界条件。为了保证模拟的稳定性，在模拟区域设置了10个嵌套网格，根据实地测量及该住宅区的建筑平面图，在ENVI-met软件SPACES建模功能中建立实测区的现状模型。在模型研究区域建立基础值设定中，平面x，y轴方向上模拟区域为200 m×200 m，水平网格数为40×40(分辨率为2 m)。由于实测区内建筑物最大高度为18.8 m，根据软件对三维模型的垂直高度要求为Z≥2ZHmax(Hmax为模拟区内最高建筑高度),因而竖直z轴方向上设置分辨率2 m的网格共20个，符合数值模拟高度的要求[4]。

模拟参数设定依据模拟日当天洛阳市气象局公布的逐时气候数据，包括空气温度、相对湿度、风速风向和太阳辐射。由于街区尺度城区热岛强度最高值一般出现在每天的14：00左右，模拟比较这一时间段内的气候数据对热舒适性分析更具有可比性。因此，提取14：00时刻的气候数据结果进行分析(见图2～图7)[5]。

3 优化前后模拟对比

3.1 风速

根据图2，图3可以看出，改造前下午14：00近地面风速大致在2 m/s，且东北风从建筑楼间距穿过时受到植物阻挡作用明显，说明改进后的植物栽植起到一定的作用。北部建筑风速较大，是因为其没布置相对数量的大型乔木导致，所以下一步做法便是建筑群北侧种植树高10 m的杨树和针叶树。改造后，依据植物种植形式，风力可以均匀分布，风速大致在1.25 m/s。

3.2 相对湿度

相对湿度这一项，深色区域显示为道路和硬质铺装，浅色区域相对湿度较高，植物调节作用比较明显，带来的人体热舒适度感受良好。研究区的相对湿度呈现出与温度反向对应的趋势，即早上气温最低点时刻其湿度值最大，随着温度值的升高湿度值开始下降，14:00时刻温度升至最高时，住区相对湿度降至最低(见图4，图5)。

3.3 空气温度

空气温度通过观察可看出，改造前后建筑组团周围温度相对较低，植物降温作用比较明显，达到了预期的效果。不过南部却出现了温度反常升高的情况，推测原因很可能是建筑周围高达乔木较少，大面积草坪起不到降低温度的作用。所以在景观营建中，有时需要照顾观景作用而牺牲一部分生态效益的现象也时有发生，所以需要照顾两者的相互关系以期达到平衡(见图6，图7)。

4 结语

基于以上分析不免看出，改进后的居住区组团室外热环境各项指标明显改善，结合植物栽植以减少夏季东北热风对建筑区域的侵袭，种植高大常绿乔木并辅以灌木来围合德园居住区团东北部；建筑群中间道路种植落叶乔木并减少灌木的栽植，来增加通风，达到及时输出热气的作用；南部则普遍栽培灌木和地被，落叶乔木散布其中用以提高将来冬季太阳直射时长。

以往景观设计一般给出的建议大部分是树种的选取和栽植比例，具体到楼前应该种植多少树木、种植什么样的树木夏季既能遮阴挡雨冬季落叶之后还能达到日照采光的效果，这方面的理论知识体系很少、框架缺乏。所以通过模拟此场景以期能够探索这方面的规律或者说找到一种合适的方法。